Sonnenwärme satt

Angesichts der aktuellen politischen Ereignisse, der gestiegenen Energiepreise und mit Blick auf die ambitionierten Klimaschutzziele will die Bundesregierung den Ausstieg aus fossilen Energien beschleunigen. Für neue und bestehende Heizsysteme bietet sich in diesem Kontext der Einbau eines Solarthermie-Systems an.

Knapp 2,5 Millionen Haushalte nutzen Solarthermie. Die Wärmeleistung dieser Anlagen summiert sich auf 14,4 GW. In den letzten Jahren hat die Solarthermie jedoch stetig an Bedeutung verloren – durch den Aufschwung von elektrischen Wärmepumpen und Photovoltaik (PV). Für das laufende Jahr 2022 erwarten die beiden Branchenverbände BDH und BSW Solar aber wieder einen Nachfrageschub bei solarthermischen Anlagen, so wie bereits im Jahr 2021.

Für die gestiegene Nachfrage sind sicherlich auch die in den letzten Monaten drastisch gestiegenen Heizöl- und Erdgaspreise verantwortlich. Hinzu kommt die steigende CO₂-Abgabe, die fossile Brenn- und Kraftstoffe zusätzlich verteuert. Außerdem bereitet die Bundesregierung diverse Maßnahmen vor, um den CO₂-Ausstoß im Gebäudewärmebereich zu reduzieren und Deutschland rasch unabhängiger von fossilen Brennstoff-Importen zu gestalten.

Dazu wird es im Wesentlichen eine Neujustierung des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) sowie von Fördermaßnahmen geben. Viele der genannten Effekte und Maßnahmen werden auch die Attraktivität von solarthermischen Anlagen erhöhen. Dadurch lassen sich nicht nur Brennstoffverbrauch und -kosten senken, sondern es ermöglicht den Haushalten auch, sich unabhängiger von den fossilen Energieträgern zu machen.

Welche Solarthermieanlage für welches Dach?

Die Solarwärmenutzung ist in fast allen deutschen Regionen mit Flach- und Vakuumröhrenkollektoren möglich, denn die Sonneneinstrahlung liegt durchschnittlich bei jährlich etwa 1.000 kWh/m². Letztlich entscheiden die konkreten Standortbedingungen, die eingesetzte Technik und die effiziente Einbindung in das Heizsystem des Gebäudes über die tatsächliche Höhe des Solarertrags. Generell wichtig ist, dass keine Schatten dauerhaft auf die Kollektoren fallen.

Zur solarthermischen Nutzung ist grundsätzlich eine zwischen Südost und Südwest ausgerichtete Dachfläche mit einer Neigung von etwa 30 bis 70 Grad am besten geeignet, abhängig auch von Anlagentyp und Art des Kollektors. Falls eine Solarthermieanlage nur die Trinkwassererwärmung hauptsächlich während der Sommermonate übernehmen soll, empfiehlt sich ein Neigungswinkel von rund 30 bis 50 Grad.

Steht die Funktion der Heizungsunterstützung im Vordergrund, die meist im Frühjahr und Herbst genutzt wird, ist eine Neigung von rund 45 bis 70 Grad geeigneter. Bei steileren Neigungen erhöht sich der Strahlungseinfall auf den Kollektor in der Übergangszeit und im Winter, weil dann die Sonne flacher steht. Gleichzeitig reduzieren sich dadurch die sommerlichen Solarwärme-Überschüsse. Mit Blick auf die höheren Außentemperaturen an winterlichen Nachmittagen ist bei der solaren Heizungsunterstützung ein nach Südwest ausgerichtetes Dach günstiger als ein nach Südost orientiertes.

Auslegung und Deckungsanteile

Reine Trinkwassererwärmungsanlagen werden auf einen solaren Jahresdeckungsanteil von 50 bis 60 Prozent ausgelegt, von Mai bis August beträgt der Deckungsanteil oft 100 Prozent.

Abschätzen lässt sich die Speicher- und Kollektorgröße zum Beispiel mit der „Faustregel“ des BDH-Informationsblatts Nr. 17 („Thermische Solaranlagen“): Zur Ermittlung des Speichervolumens wird im ersten Schritt der Tagesbedarf für Warmwasser aller im Haus lebenden Personen addiert. Für das benötigte Speichervolumen wird dann der 1,5- bis 2-fache Tagesbedarf angesetzt. Ebenfalls mit einer „Daumenregel“ lässt sich aus dem Speichervolumen die Kollektorfläche ermitteln: Pro 100 l Speichervolumen wird eine 1,5 m² Flach- bzw. 1,0 m² Röhrenkollektorfläche benötigt.

Die Auslegung einer kombinierten Solaranlage zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung („Kombi-Anlage“) ist mit einfachen Faustformeln allerdings nicht mehr abbildbar, weil es zu viele Einflussfaktoren gibt, wie beispielsweise:

• Trinkwarmwasserbedarf,
• gewünschte solare Deckung für Trinkwarmwasser und Heizung,
• Kollektortyp (Flach- oder Röhrenkollektor),
• Standort und Wetterbedingungen,
• Ausrichtung und Neigung der Kollektorfläche,
• Heizlast des Gebäudes,
• Auslegungstemperaturen der Heizkreise.

Im Normalfall sollte die Kollektorfläche nicht zu groß ausgelegt werden, um sommerliche Wärmeüber-schüsse in einem vertretbaren Rahmen zu halten. Würde die Anlage zu groß ausgelegt, ist das nicht nur in der Investition unnötig teuer. Bei hoher Sonneneinstrahlung verbleibt nicht nutzbare Wärme in den Kollektoren, sodass die Anlage überhitzen könnte. Wichtig ist zudem, dass die Größe von Kollektoren und Speicher genau aufeinander abgestimmt wird. Die optimale Auslegung gelingt umso besser, je niedriger die Heizkreistemperaturen, Warmwassertemperatur und Gebäudeheizlast sind.

Bei üblicher Dimensionierung decken Kombi-Anlagen etwa 15 bis 30 Prozent des Gesamtwärmebedarfs – abhängig vom energetischen Standard des Gebäudes. Bei Niedrigstenergie- und Passivhäusern kann der solare Deckungsanteil bei etwa 40 bis 70 Prozent liegen. Spezielle Sonnenhäuser erreichen sogar bis zu 100 Prozent, wobei dann Wasserspeicher mit mehreren Tausend Litern Inhalt zum Einsatz kommen.

Auswahl und Dimensionierung von Speichern

Der Solarspeicher dient zur Aufbewahrung des solar erwärmten Wassers, bis es im Haus für Heizzwecke oder zur Warmwasserbereitung benötigt wird. Gute Speicherdämmungen und ausgeklügelte Konstruktionen für eine optimierte Einschichtung der solaren Wärme erhöhen die Energieeffizienz deutlich. Ein Beispiel für solch einen Speicher ist der Wolf-Schichtenpufferspeicher „BSP“. Diesen gibt es auch als optimierte Varianten für Wärmepumpen: „BSP-W“.

Wichtig: Bei der Auswahl des Solarspeichers sind auch Abmessungen, Kippmaße und Gewicht zu berücksichtigen, damit er durch Treppenhäuser und Türen sowie in den Aufstellraum passt. Die Dimensionierung des Speichers muss immer beiden Wärmeerzeugern gerecht werden, was insbesondere für die Kombination mit einer Luft/Wasser-Wärmepumpe gilt. Denn in so einem Fall erfüllt ein Pufferspeicher zusätzliche Aufgaben wie zum Beispiel die Überbrückung von Sperrzeiten der Energieversorger oder die Pufferung von Wärme für den Abtauvorgang.

Ein weiterer planerischer Hinweis: Bei der Bestimmung der Nennleistung des Haupt-Wärmeerzeugers wird eine solare Heizungsunterstützung nicht berücksichtigt.

Eine Solarthermieanlage, die ein Öl- oder Gas-Brennwertgerät unterstützt, bietet diverse Vorteile, u.a.:

• Nach zwei bis vier Jahren hat sich der Energieaufwand für die Herstellung amortisiert.
• Sobald sich die Anlage auch wirtschaftlich amortisiert hat, liefert sie sozusagen kostenlos umweltfreundliche Wärme bei nur minimalem Stromverbrauch für die Pumpe. Die Lebensdauer der Kollektoren kann 25 Jahre und länger betragen.
• Der Brennstoffverbrauch und damit die Heizkosten verringern sich. Zudem besteht ein gewisser Kostenschutz bei (weiter) steigenden Brennstoffpreisen.
• Der Kessel kann im Sommer und eventuell in der Übergangszeit komplett abgeschaltet bleiben.
• Das Takten des Haupt-Wärmeerzeugers wird verringert, was sich günstig auf Lebensdauer und Effizienz auswirkt.

Allerdings sind auch kritische Aspekte zu beachten:

• Nicht jedes Gebäude ist aufgrund seiner Ausrichtung für eine Solarthermieanlage geeignet.
• Es sind in der Regel bauliche Maßnahmen für die Leitungen zwischen Dach und Speicher nötig.
• Die Solaranlage muss regelmäßig gewartet werden.
• Es besteht ein konkurrierendes Verhältnis zur PV-Anlage bei der verfügbaren Dachfläche.

Fazit

Die Investition in eine Solarthermieanlage ist langfristig gesehen eine ökonomisch und ökologisch sinnvolle Entscheidung – insbesondere als Ergänzung im Rahmen einer Heizungsmodernisierung. Vor allem bei der nachträglichen Erweiterung eines bestehenden, neueren Öl- und Gas-Brennwert-Heizsystems profitiert der Eigentümer von staatlicher Förderung und geringeren Brennstoffkosten. Und er verbessert die Umweltbilanz seiner Heizung vor allem mit Blick auf den CO₂-Ausstoß.